(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132531
(43)【公開日】2024-10-01
(54)【発明の名称】物品把持装置及び物品計量システム
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023043333
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000147833
【氏名又は名称】株式会社イシダ
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100180851
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼口 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100176245
【弁理士】
【氏名又は名称】安田 亮輔
(72)【発明者】
【氏名】中 亮介
(72)【発明者】
【氏名】前田 修一
(72)【発明者】
【氏名】西辻 悟史
(72)【発明者】
【氏名】北條 正晃
(72)【発明者】
【氏名】立川 聡
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS01
3C707DS02
3C707DS06
3C707ES04
3C707ES05
3C707ES06
3C707ET03
3C707EU02
3C707EV05
3C707HS27
3C707KS09
3C707NS26
(57)【要約】
【課題】物品の把持時又は落下時に所望の動作を実現できる物品把持装置及び物品計量システムを提供する。
【解決手段】物品把持装置１は、３つ以上の把持爪３３により物品を把持する把持部３０と、容器５０を把持部３０に対して相対移動させる容器駆動部５４と、容器駆動部５４を制御し、把持部３０及び容器５０の少なくとも一方を移動させ、把持部３０により物品を把持する把持状態及び把持した物品を排出する排出状態を切り替える第１制御部７１と、を備える。把持爪３３の先端部３６の少なくとも一部の直径Ｂが、中間部３５の直径Ａとは異なる。
【選択図】図３
【解決手段】物品把持装置１は、３つ以上の把持爪３３により物品を把持する把持部３０と、容器５０を把持部３０に対して相対移動させる容器駆動部５４と、容器駆動部５４を制御し、把持部３０及び容器５０の少なくとも一方を移動させ、把持部３０により物品を把持する把持状態及び把持した物品を排出する排出状態を切り替える第１制御部７１と、を備える。把持爪３３の先端部３６の少なくとも一部の直径Ｂが、中間部３５の直径Ａとは異なる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器に格納される物品群から物品を把持する物品把持装置であって、
前記容器よりも高い位置に配置され、ベース部に取り付けられた３つ以上の把持爪により前記物品を把持する少なくとも１つの把持部と、
前記把持部及び前記容器の少なくとも一方を他方に対して相対移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御し、前記把持部及び前記容器の少なくとも一方を移動させ、前記把持部により前記物品を把持する把持状態及び把持した前記物品を排出する排出状態を切り替える制御部と、を備え、
前記把持爪は、前記ベース部に取り付けられた基端部と、前記基端部から下方に向けて延びる中間部と、前記中間部から下方に向けて延び、鉛直方向に交差する方向へ曲がる先端部とを有し、
前記先端部の少なくとも一部の直径が、前記中間部の直径とは異なる、物品把持装置。
前記容器よりも高い位置に配置され、ベース部に取り付けられた３つ以上の把持爪により前記物品を把持する少なくとも１つの把持部と、
前記把持部及び前記容器の少なくとも一方を他方に対して相対移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御し、前記把持部及び前記容器の少なくとも一方を移動させ、前記把持部により前記物品を把持する把持状態及び把持した前記物品を排出する排出状態を切り替える制御部と、を備え、
前記把持爪は、前記ベース部に取り付けられた基端部と、前記基端部から下方に向けて延びる中間部と、前記中間部から下方に向けて延び、鉛直方向に交差する方向へ曲がる先端部とを有し、
前記先端部の少なくとも一部の直径が、前記中間部の直径とは異なる、物品把持装置。
【請求項2】
前記先端部の前記少なくとも一部の直径は、前記中間部の直径よりも大きい、請求項１に記載の物品把持装置。
【請求項3】
前記先端部の前記少なくとも一部の直径は、前記中間部の直径よりも小さい、請求項１に記載の物品把持装置。
【請求項4】
前記先端部の前記少なくとも一部の直径は、前記中間部の下端からの距離に応じて徐々に変化する、請求項２又は３に記載の物品把持装置。
【請求項5】
前記先端部の中心線が水平面となす角度は４０度より大きく９０度より小さい、請求項１～３の何れか一項に記載の物品把持装置。
【請求項6】
前記把持部によって把持された物品の重量値を取得する重量取得部を更に備える、請求項１～３の何れか一項に記載の物品把持装置。
【請求項7】
請求項６に記載の物品把持装置と、
前記物品把持装置の複数の前記把持部が前記物品を把持している際、前記重量取得部が取得した前記把持部のそれぞれが把持する前記物品の前記重量値を用いた組合せ計算を行い、当該組合せ計算の結果に基づいて所定の前記把持部における前記物品の把持を解除させて前記物品を排出させる第２制御部と、を備える物品計量システム。
前記物品把持装置の複数の前記把持部が前記物品を把持している際、前記重量取得部が取得した前記把持部のそれぞれが把持する前記物品の前記重量値を用いた組合せ計算を行い、当該組合せ計算の結果に基づいて所定の前記把持部における前記物品の把持を解除させて前記物品を排出させる第２制御部と、を備える物品計量システム。
【請求項8】
前記第２制御部は、前記組合せ計算の結果のうち重量値が小さい前記把持部から順に前記物品を排出させる制御を行う、請求項７に記載の物品計量システム。
【請求項9】
前記第２制御部は、複数の前記把持部が把持した前記物品の平均重量と、把持目標との差に基づき、前記駆動部の移動量を調整する、請求項７に記載の物品計量システム。
【請求項10】
前記第２制御部は、前記把持部により前記物品が排出された後に前記重量取得部によって取得された重量に基づき排出不良を検知する、請求項７に記載の物品計量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物品把持装置及び物品計量システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トレー等に収容された食品等の物品を把持する物品把持装置が知られている。例えば特許文献１に記載されたロボットハンドは、ベースに取り付けられて同期回転駆動される３つ以上の指リンクを有する。各指リンクは、中心軸に対して傾斜して延びる先端部を含む。これらの指リンクが同期回転駆動されることにより、指リンクの状態は、先端部が互いに離れる第１状態と、先端部が中心軸に沿う方向から見て重なると共にその先端部が物品を下方から支える第２状態とに変わる。特許文献２には、把持器の３本の把持爪によって物品を把持し、把持された物品の重量値を計量器によって計量する物品計量装置が記載されている。この装置では、各把持器において把持された物品の重量値を利用して組合せ計算及び組合せ計量が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１１８９９９号公報
【特許文献2】特開２０２１－１４８６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した特許文献１に記載されたロボットハンドは、中心軸に対して傾斜する先端部を有するが、指リンクについては、一定の円形断面をもった棒状部材が適用されること以外には特に検討されていない。本発明者らは、把持される物品の種類によっては、把持時、又は落下時において所望の動作が実現されない傾向があることを発見した。
【0005】
本発明は、物品の把持時又は落下時に所望の動作を実現できる物品把持装置及び物品計量システムを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本発明の一態様は、容器に格納される物品群から物品を把持する物品把持装置であって、容器よりも高い位置に配置され、ベース部に取り付けられた３つ以上の把持爪により物品を把持する少なくとも１つの把持部と、把持部及び容器の少なくとも一方を他方に対して相対移動させる駆動部と、駆動部を制御し、把持部及び容器の少なくとも一方を移動させ、把持部により物品を把持する把持状態及び把持した物品を排出する排出状態を切り替える制御部と、を備え、把持爪は、ベース部に取り付けられた基端部と、基端部から下方に向けて延びる中間部と、中間部から下方に向けて延び、鉛直方向に交差する方向へ曲がる先端部とを有し、先端部の少なくとも一部の直径が、中間部の直径とは異なる。
【0007】
この物品把持装置によれば、制御部によって、把持部及び容器の少なくとも一方が移動させられ、３つ以上の把持爪が物品へ挿入される。把持部が把持状態になることで、中間部により物品が挟まれると共に、先端部により物品が支持される。物品には、先端が尖っている場合に先端部が刺さりやすい物品、又は破損しやすい物品等がある。或いは、先端部の表面に対して滑りにくく、落下しにくい物品等がある。把持爪のそれぞれにおいて、先端部の少なくとも一部の直径が中間部の直径とは異なるため、先端部の形状を適宜に設定することで上記したような不具合を招きにくくなる。これにより、把持時、又は落下時において所望の動作を実現できる。
【0008】
（２）上記（１）の物品把持装置において、先端部の少なくとも一部の直径は、中間部の直径よりも大きくてもよい。この場合、比較的薄い物品を把持しても太い先端は物品に刺さりにくいため、把持を解除したときの物品の残留が防止される。
【0009】
（３）上記（１）の物品把持装置において、先端部の少なくとも一部の直径は、中間部の直径よりも小さくてもよい。この場合、細い先端は物品の間隙に容易に挿し込まれるため、物品を確実に把持できる。少量の物品でも、確実に把持できる。また把持を解除したときに物品が滑り落ちやすい。
【0010】
（４）上記（２）又は（３）の物品把持装置において、先端部の少なくとも一部の直径は、中間部の下端からの距離に応じて徐々に変化してもよい。この場合、把持を解除したときに物品がスムーズに滑り落ちる。
【0011】
（５）上記（１）～（４）の何れか１つの物品把持装置において、先端部の中心線が水平面となす角度は４０度より大きく９０度より小さくてもよい。この場合、把持を解除したときに物品がスムーズに滑り落ちる。
【0012】
（６）上記（１）～（５）の何れか１つの物品把持装置が把持部によって把持された物品の重量値を取得する重量取得部を更に備えてもよい。
【0013】
（７）本発明の別の態様に係る物品計量システムは、上記（６）の物品把持装置と、物品把持装置の複数の把持部が物品を把持している際、重量取得部が取得した把持部のそれぞれが把持する物品の重量値を用いた組合せ計算を行い、当該組合せ計算の結果に基づいて所定の把持部における物品の把持を解除させて物品を排出させる第２制御部と、を備える。この場合、把持爪における把持を解除したときの物品の残留が防止され、計量誤差を低減できる。
【0014】
（８）上記（７）の物品計量システムにおいて、第２制御部は、組合せ計算の結果のうち重量値が小さい把持部から順に物品を排出させる制御を行ってもよい。この場合、物品の把持を解除する前に物品が落下してしまう早期落下が生じた場合でも、計量精度を所望の範囲内に収めることができる。
【0015】
（９）上記（７）又は（８）の物品計量システムにおいて、第２制御部は、複数の把持部が把持した物品の平均重量と、把持目標との差に基づき、駆動部の移動量を調整してもよい。この場合、把持部に所望量の物品を把持させたい場合に、実際の把持量が多かったり少なかったりすることに応じて、駆動部の移動量が調整され、把持爪の挿入量が調整される。これにより、物品の把持量を容易に調整することができる。
【0016】
（１０）上記（７）～（９）の何れか１つの物品計量システムにおいて、第２制御部は、把持部により物品が排出された後に重量取得部によって取得された重量に基づき排出不良を検知してもよい。この場合、物品の重量を後段の装置で検知するよりも前に、第２制御部によって排出不良が検知される。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、把持時、又は落下時において所望の動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0020】
まず図１及び図２を参照して、本実施形態に係る物品計量システムＳについて説明する。図１に示される物品計量システムＳは、一部の物品の重量（質量）が目標重量の範囲内となるように、一部の物品を容器５０から取り出し、当該物品を外部に排出する。すなわち物品計量システムＳは、物品群Ｘから所定の目標重量の物品を移動させる計量システムである。物品計量システムＳによって排出される物品は、例えば、物品計量システムＳの後工程で袋に包装されたり、或いは、別の容器に収容されたりして、商品として出荷される。物品は、例えば、麺類、肉類等の食品等である。
【0021】
物品計量システムＳは、容器５０に格納される物品群Ｘから物品を把持する物品把持装置１を備える。物品把持装置１は、それぞれ複数の把持部３０を有する２つのロボットハンド（把持ユニット）１５と、ロボットハンド１５を水平方向に移動させる２つのハンド駆動部１０と、物品群Ｘが載置される容器（載置部）５０と、容器５０を鉛直方向及び水平方向にそれぞれ移動させる容器駆動部５４とを備える。ロボットハンド１５、ハンド駆動部１０、及び容器駆動部５４は、例えば直方体状の本体フレーム１２１に取り付けられている。また物品把持装置１は、ロボットハンド１５の各部、ハンド駆動部１０、及び容器駆動部５４をそれぞれ制御する第１制御部７１を備える。
【0022】
物品計量システムＳでは、例えば同一の構成を備える一対のロボットハンド１５が、左右に並設されている。以下の説明において、図１の正面視左側に配置されたロボットハンド１５は第１ロボットハンド１５Ａと称されることがあり、正面視右側に配置されたロボットハンド１５は第２ロボットハンド１５Ｂと称されることがある。ただし、共通する構成及び機能を説明するときには、単にロボットハンド１５という名称が用いられる。
【0023】
ロボットハンド１５において、例えば、左右方向に並ぶ４つの把持部３０が、前後方向（図１の紙面垂直方向）に４列並べられている。このように、左右方向に並ぶ把持部３０の個数をＭ、前後方向に並ぶ把持部３０の個数をＮ（Ｍ，Ｎは何れも自然数）とすると、ロボットハンド１５は、（Ｍ×Ｎ）個の把持部３０が格子点の位置に配列された構成を有する。
【0024】
図２に示されるように、各把持部３０は、例えば複数の把持爪（把持部材）３３を有しており、把持爪３３を閉じることで物品を把持する。各把持部３０は、複数の把持爪３３を駆動する把持部材駆動機構３１を含む。把持部材駆動機構３１は、例えば、モータ又は流体圧を駆動源として、把持爪３３を駆動する。
【0025】
ロボットハンド１５は、各把持部３０に把持された物品の重量値を計量する複数の計量器４０を有する。すなわち、１６個（（Ｍ×Ｎ）個）の把持部３０に対して、１６個（（Ｍ×Ｎ）個）の計量器４０が設けられている。
【0026】
各計量器４０は、計量器４０の筐体内に収納されたセンサ部（図示せず）と、重量取得部４１とを含んでいる。センサ部は、例えば、力センサと加速度センサとを含む。力センサとして、例えば、歪みゲージ式ロードセルが採用される。加速度センサは、例えば、歪みゲージ式ロードセルや、ＭＥＭＳ型の小型加速度センサが採用される。重量取得部４１は、センサ部で計測される力に基づいて、把持部３０が把持している物品の重量値を取得する。なお、計量器４０は、把持部３０の移動時に計測される力に基づいて物品の重量を計量する方式に限定されるものではない。
【0027】
物品計量システムＳでは、同一の構成を備える２つのハンド駆動部１０のそれぞれが、第１ロボットハンド１５Ａ及び第２ロボットハンド１５Ｂに対応して設けられている。以下の説明において、図１の正面視左側に配置されて第１ロボットハンド１５Ａを移動させるハンド駆動部１０は第１ハンド駆動部１０Ａと称されることがあり、正面視右側に配置されて第２ロボットハンド１５Ｂを移動させるハンド駆動部１０は第２ハンド駆動部１０Ｂと称されることがある。ただし、共通する構成及び機能を説明するときには、単にハンド駆動部１０という名称が用いられる。
【0028】
ハンド駆動部１０は、２本の平行に延びるフレーム１２と、ロボットハンド１５をフレーム１２に沿って水平移動させる。ハンド駆動部１０は、ロボットハンド１５を保持するブロック１１を前方又は後方に移動させることができる。ハンド駆動部１０は、例えば、ブロック１１を移動させるサーボモータ、エアシリンダ等を有する。
【0029】
容器５０は、物品群Ｘが載置される部材である。水平移動および鉛直移動する保持部５２に、容器５０が保持又は載置されている。容器５０は、例えば容器駆動部５４により、第１ロボットハンド１５Ａの下方に位置する第１位置Ｐ１と、第２ロボットハンド１５Ｂの下方に位置する第２位置Ｐ２との間を移動可能である。容器５０が第１位置Ｐ１に位置する場合、容器５０を上方に移動させて第１ロボットハンド１５Ａの把持部３０に近づけることで、当該把持部３０が容器５０内の物品群Ｘから物品を把持可能である。
【0030】
容器５０の内部に収容される物品群Ｘの量が減少すると、人又は機械によって、内部の物品群Ｘの量が減少した容器５０が、新たな（物品群Ｘが多く収容されている）容器５０と交換される。
【0031】
容器駆動部５４は、モータ、流体圧を駆動源として、容器５０を上下方向（鉛直方向）及び左右方向（水平方向）に移動させる。容器駆動部５４は、駆動ボックス５５と、駆動ボックス５５に設けられた平行な２本の第１軸Ｌ１及び第２軸Ｌ２を中心にそれぞれ揺動可能な第１メインアーム部５６Ａ及び第２メインアーム部５６Ｂと、それらの先端にそれぞれ回動可能に連結された第１サブアーム部５７Ａ及び第２サブアーム部５７Ｂとを有する。第１サブアーム部５７Ａの先端及び第２サブアーム部５７Ｂの先端はそれぞれ保持部５２の後端に回動可能に連結されている。第１メインアーム部５６Ａ及び第２メインアーム部５６Ｂは、それぞれ、駆動ボックス５５に収容された別個のモータによって任意の方向を向くように揺動する。容器駆動部５４は、これらの構成により２軸パラレルリンク機構を有している。
【0032】
第１制御部７１の制御により、保持部５２は水平な姿勢を維持しつつ、第１位置Ｐ１、第１位置Ｐ１よりも第１ロボットハンド１５Ａに近接した位置、第２位置Ｐ２、第２位置Ｐ２よりも第２ロボットハンド１５Ｂに近接した位置に移動自在である。なお、上記構成に限られず、容器駆動部５４が、保持部５２を左右方向に移動させる左右移動機構と、保持部５２を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構とを有してもよい。そのような２軸駆動機構によっても、容器５０の位置を調整自在である。
【0033】
容器駆動部５４は、保持部５２及び容器５０を上昇させることで、ロボットハンド１５に容器５０及び物品群Ｘを近接させる。保持部５２及び容器５０を下降させることで、ロボットハンド１５から容器５０及び物品群Ｘを離隔させる。容器駆動部５４は、容器５０に収容された（載置された）物品群Ｘに把持爪３３を挿入させ、物品を把持した把持爪３３を容器５０から離す。
【0034】
物品計量システムＳは、２つの排出シュート６０を備えている。例えば同一の大きさ及び形状を有する２つの排出シュート６０が、左右に並設されている。以下の説明において、図１の正面視左側に配置された排出シュート６０は第１排出シュート６０Ａと称されることがあり、正面視右側に配置された排出シュート６０は第２排出シュート６０Ｂと称されることがある。ただし、共通する構成及び機能を説明するときには、単に、排出シュート６０という名称が用いられる。
【0035】
排出シュート６０は漏斗状の部材である。排出シュート６０は、ロボットハンド１５の下方に配置される。具体的には、第１ロボットハンド１５Ａの下方に第１排出シュート６０Ａが配置され、第２ロボットハンド１５Ｂの下方に第２排出シュート６０Ｂが配置される。第１ロボットハンド１５Ａと第１排出シュート６０Ａとの間に容器５０の第１位置Ｐ１が位置し、第２ロボットハンド１５Ｂと第２排出シュート６０Ｂとの間に容器５０の第２位置Ｐ２が位置する。
【0036】
第１排出シュート６０Ａは、容器５０が第２位置Ｐ２に位置する時に、第１ロボットハンド１５Ａの把持部３０が把持を解除して排出する（落下させる）物品を受けて物品計量システムＳの外部に排出する。同様に、第２排出シュート６０Ｂは、容器５０が第１位置Ｐ１に位置する時に、第２ロボットハンド１５Ｂの把持部３０が把持を解除して排出する（落下させる）物品を受けて物品計量システムＳの外部に排出する。
【0037】
制御部７０は、把持部材駆動機構３１、容器駆動部５４などの物品把持装置１の各種構成の動作の制御を実施する。制御部７０は、計量器４０が計量した物品の重量値を利用した組合せ計算等を実施する。制御部７０は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。
【0038】
物品計量システムＳは、当該システムにおける各部の動作を統括して制御する制御部７０を備える。制御部７０は、物品把持装置１における物品の把持及び排出に係る制御を行う第１制御部７１と、物品の計量及び移動に係る制御を行う第２制御部７２とを有する。制御部７０は、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムを実行することで、ハンド駆動部１０、把持部材駆動機構３１、容器駆動部５４等の物品計量システムＳの各種構成の動作の制御や、計量器４０が計量した物品の重量値を利用した組合せ計算等を行う。
【0039】
第１制御部７１は、把持部３０により物品を把持する把持状態、及び、把持した物品を排出する排出状態を切り替える。第１制御部７１は、駆動制御部７３を含む。駆動制御部７３は、ハンド駆動部１０および容器５０を移動させ、把持部３０と容器５０とを近づける。駆動制御部７３は、把持部材駆動機構３１を制御して把持部３０を把持状態にさせ、容器５０に載置された物品群Ｘの物品の一部を、各把持部３０の把持爪３３に把持させる。駆動制御部７３は、把持部材駆動機構３１を制御して把持部３０を排出状態にさせ、物品の把持を解除することによって、物品を排出シュート６０内に排出させる（落下させる）。
【0040】
各計量器４０は、その計量器４０に対応する把持部３０が把持する物品の重量値を取得する。第２制御部７２は、組合せ計量部７４と、排出順序決定部７５と、移動量調整部７６と、排出不良検出部７７とを含む。
【0041】
組合せ計量部７４は、把持部３０の把持する物品の重量値に基づいて組合せ計算を行う。組合せ計算は、把持部３０のそれぞれが把持する物品の重量値を足し合わせた結果、その合計値が目標重量となる重量値の組合せを見つける処理である。組合せ計量部７４は、まず各重量値を取得する。続いて、組合せ計量部７４は、組合せ計算の結果に基づいて、目標重量となる重量値の組合せに対応する把持部３０を選択する。組合せ計量部７４は、駆動制御部７３と協働し、選択した把持部３０の把持を解除して物品を排出する制御を実施する。駆動制御部７３は、排出シュート６０の上方で把持部３０による物品の把持を解除することによって、物品を排出シュート６０内に落下させる。
【0042】
目標重量は、目標となる重量値（目標重量、又は理想重量）を含む一定の重量範囲であり、予め設定される。例えば、目標重量の範囲下限は目標重量の９０％、もしくは９５％であり、目標重量の範囲上限は目標重量の１１０％、もしくは１０５％である。
【0043】
排出順序決定部７５は、駆動制御部７３と協働し、組合せ計算の結果のうち重量値が小さい把持部３０から順に物品を排出させる制御を行う。図５は、物品の重量値に応じた排出順序の一例を説明する図である。図５に示されるように、範囲下限ＷＬと範囲上限ＷＨとの間に収まる３つの組合せ計算の結果があるとする。各把持部３０に物品が把持された状態では、時間が経過すればするほど、各把持部３０における物品の意図しない落下量が多くなり得る。物品の意図しない落下とは、把持状態の把持部３０からの物品の落下であり、「早期落下」とも言える。
【0044】
排出順序決定部７５は、まず範囲下限ＷＬにもっとも近い重量値を有する把持部３０において把持を解除させ、物品を排出させる。この１番目の排出では、目標重量となる重量値の組合せに対応する把持部３０以外の把持部３０かの早期落下の量が比較的多くなるため、実際に排出される物品の量は、組合せ計算の結果より若干増加し得る。次の２番目の排出では、目標重量となる重量値の組合せに対応する把持部３０が排出状態になるまでに発生させた不足落下の量と、それ以外の把持部３０からの早期落下の量とが近くなり、実際に排出される物品の量は、組合せ計算の結果に近くなる。最後の３番目の排出では、目標重量となる重量値の組合せに対応する把持部３０が排出状態になるまでに発生させた不足落下の量が比較的多くなるため、実際に排出される物品の量は、組合せ計算の結果より若干減少し得る。このように、物品の把持を解除する前に物品が落下してしまう早期落下が生じた場合でも、計量精度を所望の範囲内に収めることができる。
【0045】
排出不良検出部７７は、把持部３０により物品が排出された後に、重量取得部４１によって取得された重量に基づき、排出不良を検出する。図６は、排出不良の検出方法を説明する図である。図６では、説明を容易にするために、意図的に目標範囲から外れて排出不良と判断される例が示されている。また、組合せ計算の考え方は除外して、単一の把持部３０のみを例に挙げて説明している。図６に示される「計量範囲」は上記の目標範囲と同じ意味である。範囲下限が５０ｇであり範囲上限が５５ｇであると仮定する。ステップＳ１－１では、把持部３０が把持した物品の重量値は５２ｇである。ステップＳ１－２において、把持部３０が排出状態とされ、物品が落下する。その後、重量取得部４１において、３ｇとの重量値が取得される。排出不良検出部７７は、５２ｇから３ｇを差し引き、４９ｇの物品が落下したと認識し、排出不良を検出する。
【0046】
ステップＳ１－２では、３ｇの物品が把持爪３３に付着した状態で、ゼロ点調整が行われる。ステップＳ２－１では、把持部３０が把持した物品の重量値は５３ｇ（付着分も考慮すると実際には５６ｇ）である。ステップＳ２－２において、把持部３０が排出状態とされ、物品が落下する。その後、重量取得部４１において、－３ｇとの重量値が取得される。これは、付着分も落下したとき、ゼロ点取得時よりも３ｇ軽くなるためである。排出不良検出部７７は、５３ｇに３ｇを加え、５６ｇの物品が落下したと認識し、排出不良を検出する。排出不良検出部７７によるこのような制御により、物品の重量を後段の装置で検出するよりも前に、排出不良検出部７７によって排出不良が検知される。
【0047】
以上のとおり、本実施形態の物品計量システムＳにおいて、第２制御部７２は、物品把持装置１の複数の把持部３０が物品を把持している際、重量取得部４１が取得した、把持部３０のそれぞれが把持する物品の重量値を用いた組合せ計算を行い、当該組合せ計算の結果に基づいて所定の把持部３０における物品の把持を解除させて物品を排出させる。その間、条件が満たされた場合には、排出不良検出部７７によって排出不良が検出される。
【0048】
図１に示されるように、保持部５２の可動領域の上方には、前後方向（図１の紙面垂直方向）に並べられた複数のセンサ９が設けられている。本実施形態では、把持部３０の当該方向における列数（上記Ｎ。具体的には４列）に対応させて、４つのセンサ９が取り付けられている。４つのセンサ９は、例えば本体フレーム１２１に固定されており、鉛直下方に向けて光を照射すると共に物品群Ｘの表面で反射した反射光を検知する。これにより、各センサ９は、容器５０内の物品群Ｘにおける把持爪３３の差し込み方向（上下方向）の物品高さ（物品群Ｘの高さ）を検知する。
【0049】
図１及び図７に示されるように、各センサ９は、第１ロボットハンド１５Ａ及び第２ロボットハンド１５Ｂの間の中央位置において投受光を行う。各センサ９は、容器駆動部５４によって保持部５２及び容器５０が第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を移動させられる途中において、左右方向における把持部３０の位置及び個数（上記Ｍ。具体的には４つ）に対応する回数、物品の高さを検知する。これにより、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２へ、又は第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１へと容器５０が移動する（通過する）毎に、容器５０内の左右方向及び前後方向に格子状に分布する１６点（複数の把持部３０の平面的な配置に対応する複数点）についての高さ検知信号が出力される。
【0050】
駆動制御部７３及び移動量調整部７６は、複数のセンサ９と電気的に（又は通信可能に）接続されている。移動量調整部７６は、各センサ９の検知結果に基づいて、各把持部３０における物品群Ｘに対する把持爪３３の挿入量及び開き角を算出する。移動量調整部７６は、各センサ９からの高さ検知信号を入力すると、容器５０及び物品群Ｘの上下方向の位置を設定し、それに応じた各把持部３０における挿入量を算出する。移動量調整部７６は、更に、記憶している対応関係を参照し、各把持部３０における挿入量に対応した把持爪３３の開き角を算出する。移動量調整部７６は、駆動制御部７３と協働し、第１ロボットハンド１５Ａ及び第２ロボットハンド１５Ｂの何れか（物品を把持すべき何れか一方）に対し、算出した挿入量及び開き角が実現されるよう、把持動作を制御する。
【0051】
また移動量調整部７６は、センサ９の検知結果に基づいて算出した挿入量に所定の補正値を加えることで、挿入量を調整する。移動量調整部７６は、重量取得部４１から、複数の把持部３０が把持した物品の平均重量を取得する。移動量調整部７６は、上記目標重量に対応する各把持部３０における把持目標を記憶している。把持目標は、組合せ計算が好適に実施されるよう、目標重量に対して所定の割合に設定される。移動量調整部７６は、取得した平均重量と、把持目標との差に基づき、駆動制御部７３と協働して容器駆動部５４による容器５０の移動量を調整する。移動量調整部７６によれば、把持部３０に所望量の物品を把持させたい場合に、実際の把持量が多かったり少なかったりすることに応じて、容器駆動部５４の移動量が調整され、把持爪の挿入量が調整される。これにより、物品の把持量を容易に調整することができる。
【0052】
続いて、図３（ａ）～図３（ｃ）及び図４（ａ）～図４（ｃ）を参照して、把持部３０の構成について詳細に説明する。把持爪３３では、図３（ａ）に示されるように、棒状部材の先端に、物品を引っ掛けることができるように内側へ屈曲させた爪（後述する先端部３６）が形成されている。各把持部３０は、３つ以上（例えば、６つ）の把持爪３３を有している。図３（ｃ）に示されるように、各把持部３０を下側から視たとき、複数の把持爪３３は周方向に並べて配置されている。また複数の把持爪３３は、周方向に概ね等間隔に並べて配置されている。棒状部材すなわち把持爪３３の材質は、例えばステンレス、アルミニウム、又は鉄等である。
【0053】
把持部材駆動機構３１は、互いに離れた状態（排出状態）にある把持爪３３を、径方向内向きに動かして互いに近づいた状態にすることによって、複数の把持爪３３の間に物品を挟み込んで物品を把持する。把持部３０は、互いに近づいた状態（把持状態）にある把持爪３３を、把持部材駆動機構３１によって径方向外向きに動かして互いに離れた状態にすることによって、物品の把持を解除する。把持部材駆動機構３１は、図示しないモータ及びギア機構を含み、６つの把持爪３３を同期回転駆動する。６つの把持爪３３は、基端部３４を基軸に同じ回転方向に同じ回転角度回転される。
【0054】
各把持爪３３は、筒状又はブロック状の筐体であるベース部３２と、ベース部３２に取り付けられた基端部３４と、基端部３４の下端から下方に向けて延びる中間部３５と、中間部３５の下端から下方に向けて延びる先端部３６とを有する。基端部３４は、鉛直方向に延びる直線部３４ａと、直線部３４ａに対して交差する方向へ曲がって直線状に延びる傾斜部３４ｂとを含む。中間部３５は、例えば、鉛直方向に直線状に延びる。中間部３５の直径は、一定である。先端部３６は、中間部３５に対して交差する方向へ曲がって延びる。先端部３６の周面は、例えば、中間部３５との間に段差を形成することなく中間部３５の周面に滑らかに連続する。６つの把持爪３３が把持状態にあるとき、６つの中間部３５により、物品が挟持される。それと同時に、６つの先端部３６により、物品が支持される。
【0055】
図３（ｂ）に示されるように、先端部３６の直径は、下方に向かうにつれてテーパ状に拡大する。言い換えれば、先端部３６は、円錐台形状を呈する。先端部３６の直径は、中間部３５の下端からの距離に応じて徐々に拡大（変化）する。先端部３６の下端部の直径Ｂは、中間部３５の直径Ａよりも大きい。先端部３６の下端部の直径Ｂは、例えば、４ｍｍより大きく１０ｍｍより小さい。先端部３６の何れの部分においても、先端部３６の直径は中間部３５の直径Ａよりも大きい。
【0056】
また、先端部３６の中心線Ｌが水平面Ｈとなす角度Ｃが４０度より大きく９０度より小さい。この角度Ｃは、上記範囲内において適宜に設定されてよい。角度Ｃは、６０度より大きく９０度より小さくてもよく、６０度より大きく８０度より小さくてもよい。先端部３６の上傾斜面３６ａが水平面Ｈとなす角度Ｄは、４０度より大きく６０度より小さい。上傾斜面３６ａの角度Ｄは、物品が滑りやすい食品等である場合には、上記範囲の下限値付近から選択されるのがよく、物品が滑りにくい食品等である場合には、上記範囲の上限値付近から選択されるのがよい。このように、把持爪３３では、先端部３６の少なくとも一部の直径が、中間部３５の直径とは異なる。本明細書において、中間部３５の直径が一定である場合には、中間部３５の何れの部分において直径が定義されてもよい（同じである）。中間部３５の直径が一定でない場合には、例えば、直径は、各部の平均値で定義されてもよいし、中間部３５の下端部の一箇所の直径をもって定義されてもよい。
【0057】
互いに近づけられ（閉じられ）把持状態となった６つの把持爪３３は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように、先端部３６の下端同士が接触し、その中央部には間隙が形成されている。なお、実際に物品を把持する際には、例えば、ステッピングモータ及びエンコーダを含むサーボモータにより、所定の把持力（最大把持能力よりも小さい把持力）が発揮されたときに回転駆動が停止される。その場合には、先端部３６の下端同士は必ずしも接触しない。
【0058】
この物品把持装置１によれば、第１制御部７１によって、容器５０が移動させられ、６つの把持爪３３が物品へ挿入される。把持部３０が把持状態になることで、中間部３５により物品が挟まれると共に、先端部３６により物品が支持される。物品には、先端が尖っている場合に先端部が刺さりやすい物品、又は破損しやすい物品等がある。或いは、先端部の表面に対して滑りにくく、落下しにくい物品等がある。図９（ａ）～図９（ｃ）に示される従来の把持部３００では、把持爪３３Ｘは、一定の直径を有する棒状部材からなり、中間部３５Ｘの直径と先端部３６Ｘの直径は等しかった。この場合には、先端部３６Ｘから物品に対して高い圧力がかかる傾向にあった。本実施形態の把持部３０では、把持爪３３のそれぞれにおいて、先端部３６の少なくとも一部の直径が中間部３５の直径とは異なるため、先端部３６の形状を適宜に設定することで上記したような不具合を招きにくくなる。これにより、把持時、又は落下時において所望の動作を実現できる。また、物品計量システムＳによれば、把持爪３３における把持を解除したときの物品の残留が防止され、計量誤差を低減できる。
【0059】
先端部３６の少なくとも一部の直径は、中間部３５の直径よりも大きい。これにより、比較的薄い物品を把持しても太い先端は物品に刺さりにくいため、把持を解除したときの物品の残留が防止される。
【0060】
先端部３６の少なくとも一部の直径は、中間部３５の下端からの距離に応じて徐々に変化する。これにより、把持を解除したときに物品がスムーズに滑り落ちる。
【0061】
先端部３６の中心線Ｌが水平面Ｈとなす角度Ｃは４０度より大きく９０度より小さい。これにより、把持を解除したときに物品がスムーズに滑り落ちる。
【0062】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、図７（ａ）～図７（ｃ）に示されるように、先端部３６の直径が、下方に向かうにつれてテーパ状に縮小する把持爪３３Ａを有する把持部３０Ａが採用されてもよい。この場合、先端部３６は、逆円錐形状を呈する。先端部３６の直径は、中間部３５の下端からの距離に応じて徐々に縮小（変化）する。先端部３６の下端部の直径Ｂは、中間部３５の直径Ａよりも小さい。先端部３６の何れの部分においても、先端部３６の直径は中間部３５の直径Ａよりも小さい。
【0063】
また、先端部３６の中心線Ｌが水平面Ｈとなす角度Ｃが４０度より大きく９０度より小さい。この角度Ｃは、上記範囲内において適宜に設定されてよい。把持爪３３Ａにおいても、先端部３６の少なくとも一部の直径が、中間部３５の直径とは異なる。互いに近づけられ（閉じられ）把持状態となった６つの把持爪３３Ａは、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、先端部３６の下端同士が接触するが、その中央部には間隙はほとんど形成されない。把持部３０Ａにおいても、実際に物品を把持する際には、サーボモータにより所定の把持力（最大把持能力よりも小さい把持力）が発揮されたときに回転駆動が停止される。その場合には、先端部３６の下端同士は必ずしも接触しない。
【0064】
把持部３０Ａを備えた物品把持装置によっても、把持爪３３のそれぞれにおいて、先端部３６の少なくとも一部の直径が中間部３５の直径とは異なるため、先端部３６の形状を適宜に設定することで上記したような不具合を招きにくくなる。これにより、把持時、又は落下時において所望の動作を実現できる。また、物品計量システムＳによれば、把持爪３３における把持を解除したときの物品の残留が防止され、計量誤差を低減できる。
【0065】
先端部３６の少なくとも一部の直径は、中間部３５の直径よりも小さい。これにより、細い先端は物品の間隙に容易に挿し込まれるため、物品を確実に把持できる。少量の物品でも、確実に把持できる。また把持を解除したときに物品が滑り落ちやすい。
【0066】
また、上記実施形態では、容器５０（保持部５２）を移動させてロボットハンド１５に近接させることで、ロボットハンド１５が物品を把持する構成について例示した。しかしこの構成とは違って、ロボットハンド１５又は把持部３０を移動（例えば下降）させて容器５０に近接させることで、ロボットハンド１５又は把持部３０が物品を把持する構成を採ってもよい。その場合、ロボットハンド１５又は把持部３０に、適宜の公知の移動機構が設けられる。ロボットハンド１５又は把持部３０を移動（例えば上昇）させることで、物品を把持した把持爪３３を容器５０から離すことができる。
【0067】
上記実施形態では、２つの排出シュートを用いたが、これに限定されるものではなく、第１ロボットハンド１５Ａおよび第２ロボットハンド１５Ｂが１つの排出シュートを共有してもよい。その場合、１つの排出シュートの上部開口は、平面視において第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の全体を包含する大きさ及び位置に設定される。また、排出シュートを使用せず、ロボットハンド１５から落下した物品を直接外部に排出してもよい。
【0068】
ロボットハンドによる物品の移載は、「把持の解除（排出）」とそれに伴う「排出シュートへの物品の落下」に限られない。物品を把持したロボットハンドが、水平方向又は鉛直方向に移動して別の容器、別のホッパ、又はコンベア等の搬送装置に物品を移載してもよい。
【0069】
ロボットハンドが、１つのみの把持部を有してもよい。物品群Ｘの高さを検知するセンサは、省略されてもよい。
【0070】
把持爪３３及び把持爪３３Ａにおいて、先端部３６の構成（角度、長さ、及び直径）は適宜に変更されてよい。先端部３６に円筒部３７（直径が一定の部分）が設けられてもよい。中間部３５及び先端部３６が長手方向に不均一な直径を有してもよい。
【0071】
各把持部３０が、３つ、４つ、又は５つの把持爪３３を有してもよい。各把持爪が、６つ以上（例えば、６本～１０本等）の把持爪３３を有してもよい。本数が増えることで、大きな重量の物品を把持し、組合せ計量することができる。
【0072】
物品移動システムが、組合せ計量を行わなくてもよい。物品移動システムにおいて、把持部により把持された物品の重量を算出する重量算出部が設けられず、物品が移載された後にその重量が算出されてもよい。
【符号の説明】
【0073】
１…物品把持装置、１０…ハンド駆動部、３０…把持部、３１…把持部材駆動機構、３２…ベース部、３３…把持爪、３４…基端部、３５…中間部、３６…先端部、５４…容器駆動部（駆動部）、７１…第１制御部（制御部）、７２…第２制御部、Ａ…（中間部の）直径、Ｂ…（先端部の）直径、Ｃ…角度、Ｈ…水平面、Ｌ…中心線、Ｓ…物品計量システム、Ｘ…物品群。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】